CN106330805B - 一种信号调制方式自动识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号调制方式自动识别方法及系统，包括如下步骤：接收射频信号并转换输出中频信号；对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；对输入的IQ数据进行快速傅里叶变换，根据傅里叶变换变换结果分析判断信号调制方式。本发明提供一种信号调制方式自动识别方法及系统，能够快速识别多种数字调制方式和模拟调制方式，具有广泛性和通用性。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种信号调制方式自动识别方法及系统。
背景技术
信号调制方式自动识别，是无线电领域的重要课题，目前已有的调制识别方式多使用模式识别法。模式识别法是一种基于特征抽取方法，它抽取传输信号的频域、时域特征，对信号的先验信息的依赖性很小。近年来，研究人员提出了很多有意义的特征参数，可以在工程中应用。现有的识别算法，只针对单一调制方式进行识别，不具有广泛性和通用性，在实际应用中存在局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种信号调制方式自动识别方法及系统，能够快速识别多种数字调制方式和模拟调制方式，具有广泛性和通用性。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案，一种信号调制方式自动识别方法，其关键在于包括如下步骤：
步骤a：获取射频信号并将其转换为中频信号；
步骤b：对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；
步骤c：对IQ数据进行快速傅里叶变换，对快速傅里叶变换的结果做信号线性归一化处理并计算PeakNum，PeakNum为信号线性归一化FFT频谱峰值个数；如果PeakNum≤N_peaknum，N_peaknum为信号线性归一化FFT频谱峰值个数阈值，则属于幅度调制方式信号，转步骤d；否则判断或为频率调制方式信号或为相位调制方式信号，转步骤f；
步骤d：对快速傅里叶变换的结果做信号零中心归一化处理，提取γmax，γmax为信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值，如果γmax≤γ1，γ1为第一信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值，则为CW信号，结束；否则判断或为ASK信号或为AM信号，转步骤e；
步骤e：提取K_AA，K_AA为频谱峰度系数，如果K_AA＜K_range，K_range为频谱峰度系数阈值，则为ASK信号，结束；否则判断为AM信号；结束；
步骤f：对快速傅里叶变换的结果做信号零中心归一化处理，提取γmax，γmax为信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值，如果γmax≤γ2，γ2为第二信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值，则判断为频率调制方式信号，即或为2FSK信号或为4FSK信号或为FM信号；转步骤g；否则判断为相位调制方式信号，即或为BPSK信号或为QPSK信号或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤i；
步骤g：提取F，F为频谱峰态峭度，如果F＜F_range，F_range为频谱峰态峭度阈值，则或为2FSK信号或为4FSK信号，转步骤h；否则为FM信号，结束；
步骤h：计算K_fmfft_4，K_fm_fft_4为拟合的组合信号4次谱频谱聚集度，如果K_fm_fft_4＞K_fm_range，K_fm_range为拟合的组合信号4次谱频谱聚集度阈值，则为2FSK信号，结束；否则为4FSK信号，结束；
步骤i：计算K_fft_2，K_fft_2为2次谱频谱峰度系数；如果K_fft_2＞K_2_range，K_2_range为2次谱频谱峰度系数阈值，则为BPSK信号，结束；否则或为QPSK信号或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤j；
步骤j：计算K_fft_t，K_fft_4为4次谱频谱峰度系数；如果K_fft_4＞K_4_range，K_4_range为4次谱频谱峰度系数阈值，则为QPSK信号，结束；否则或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤k；
步骤k：计算K_fft_8，K_fft_8为8次谱频谱峰度系数；如果K_fft_8＞K_8_range，K_8_range为8次谱频谱峰度系数阈值，则为8PSK信号，结束；否则为QAM信号，结束。
在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号的频率低，那么此种混频方式叫做下变频(Down Converter or DC)。将射频信号通过一次或者几次的模拟下变频转换到中频上，在中频对信号数字化，然后再进行数字下变频。数字下变频(Digital Down Converter or DDC)是软件无线电的核心技术之一。
IQ数据信号是由IQ宽带调制器调制出的信号，叫做I路和Q路信号，它们是两路正交的信号。本发明通过对IQ数据快速傅里叶变换的结果分级提取特征值来判定信号调制类别，最少2级可识别出CW信号，最多5级可识别出QAM信号。
进一步描述，所述分级提取特征值第一级提取信号线性归一化FFT频谱峰值个数PeakNum，通过IQ数据计算FFT，然后对FFT结果做线性归一化处理并计算频谱的PeakNum，最后根据阈值N_peaknum判断信号调制方式是幅度调制还是频率调制或相位调制。
进一步描述，所述分级提取特征值第二级提取信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值γmax，根据信号γmax与阈值γ1可直接判断出CW信号。
根据信号γmax与阈值γ2比较，区分BPSK、QPSK、8PSK、QAM与2FSK、4FSK、FM信号。
其中步骤d与步骤f中的γmax相同。
进一步描述，所述分级提取特征值第三级提取频谱峰度系数K－AA、频谱峰态峭度F、2次谱频谱峰度系数K－fft－2，分别与对应的阈值相比较，可识别出ASK、AM、FM、BPSK调制信号。
进一步描述，所述分级提取特征值第四级提取4次谱频谱峰度系数K－fft－4、拟合的组合信号4次谱频谱聚集度K－fm－fft－4，分别与对应的阈值相比较，可识别出QPSK、4FSK、2FSK调制信号。
进一步描述，所述分级提取特征值第五级提取8次谱频谱峰度系数K－fft－8，与阈值K－8－range相比较，可识别出QAM、8PSK调制信号。
所述信号线性归一化FFT频谱峰值个数阈值N_peaknum取5；
所述第一信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值γ1取0.5；
所述第二信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值γ2取0.5；
所述频谱峰度系数阈值K_range取0.003；
所述频谱峰态峭度阈值F_range取0.06；
所述拟合的组合信号4次谱频谱聚集度阈值K_fm_range取0.06；
所述2次谱频谱峰度系数阈值K_2_range取0.1；
所述4次谱频谱峰度系数阈值K_4_range取0.035；
所述8次谱频谱峰度系数阈值K_8_range取0.0042。
上述阈值均根据理论和经验值取值，具有判断准确的特点。
一种信号调制方式自动识别系统，适用于所述的信号调制方式自动识别方法，其关键在于：包括射频接收模块，数据预处理模块，调制方式识别模块和显示模块；
所述射频接收模块用于接收射频信号并转换输出中频信号；
所述数据预处理模块用于对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；
所述调制方式识别模块用于对输入的IQ数据进行快速傅里叶变换，根据傅里叶变换结果分析判断信号调制方式，并输出信号调制方式识别结果；
所述显示模块显示信号调试方式识别结果。
CW为连续波调制制式；
AM为调幅制式；
ASK为幅移键控制式；
FM为调频制式；
2FSK为二进制频移键控；
4FSK为四进制频移键控；
BPSK为二进制相移键控；
QPSK为四进制相移键控；
8PSK为八进制相移键控；
QAM正交幅度调制制式。
有益效果:本发明提供了一种信号调制方式自动识别方法及系统，能够快速识别多种数字调制方式和模拟调制方式，具有广泛性和通用性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统模块图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供了一种信号调制方式自动识别方法及系统，一种信号调制方式自动识别方法，包括如下步骤：
步骤a：获取射频信号并将其转换为中频信号；
步骤b：对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；
步骤c：对IQ数据进行快速傅里叶变换，对快速傅里叶变换的结果做信号线性归一化处理并计算PeakNum，PeakNum为信号性归一化FFT频谱峰值个数；如果PeakNum≤N_peaknum，N_peaknum为信号线性归一化FFT频谱峰值个数阈值，则属于幅度调制方式信号，转步骤d；否则判断或为频率调制方式信号或为相位调制方式信号；转步骤f；
步骤d：对快速傅里叶变换的结果做信号零中心归一化处理，提取γmax；γmax为信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值，如果γmax≤γ1，γ1为第一信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值，则为CW信号，结束；否则判断或为ASK信号或为AM信号，转步骤e；
步骤e：提取K_AA；K_AA为频谱峰度系数，如果K_AA＜K_range，K_range为频谱峰度系数阈值，则为ASK信号，结束；否则判断为AM信号；结束；
步骤f：对快速傅里叶变换的结果做信号零中心归一化处理，提取γmax；γmax为信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值，如果γmax≤γ2，γ2为第二信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值，则判断为频率调制方式信号，即或为2FSK信号或为4FSK信号或为FM信号；转步骤g；否则判断为相位调制方式信号，即或为BPSK信号或为QPSK信号或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤i；
步骤g：提取F；F为频谱峰态峭度，如果F＜F_range，F_range为频谱峰态峭度阈值，则或为2FSK信号或为4FSK信号，转步骤h；否则为FM信号，结束；
步骤h：计算K_fm_fft_4，K_fm_fft_4为拟合的组合信号4次谱频谱聚集度，如果K_fm_fft_4＞K_fm_range，K_fm_range为拟合的组合信号4次谱频谱聚集度阈值，则为2FSK信号，结束；否则为4FSK信号，结束；
步骤i：计算K_fft_2，K_fft_2为2次谱频谱峰度系数；如果K_fft_2＞K_2_range，K_2_range为2次谱频谱峰度系数阈值，则为BPSK信号，结束；否则或为QPSK信号或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤j；
步骤j：计算K_fft_4，K_fft_4为4次谱频谱峰度系数；如果K_fft_4＞K_4_range，K_4_range为4次谱频谱峰度系数阈值，则为QPSK信号，结束；否则或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤k；
步骤k：计算K_fft_8，K_fft_8为8次谱频谱峰度系数；如果K_fft_8＞K_8_range，K_8_range为8次谱频谱峰度系数阈值，则为8PSK信号，结束；否则为QAM信号，结束。
IQ数据信号是由IQ宽带调制器调制出的信号，叫做I路和Q路信号，它们是两路正交的信号。本发明通过对IQ数据快速傅里叶变换的结果分级提取特征值来判定信号调制类别，最少2级可识别出CW信号，最多5级可识别出QAM信号。
进一步描述，所述分级提取特征值第一级提取信号线性归一化FFT频谱峰值个数PeakNum，通过IQ数据计算FFT，然后对FFT结果做线性归一化处理并计算频谱的Peak/Num，最后根据阈值N_peaknum判断信号调制方式是幅度调制还是频率调制或相位调制。
进一步描述，所述分级提取特征值第二级提取信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值γmax，根据信号γmax与阈值γ1可址接判断CW信号。
根据信号γmax与阈值γ2比较，区分BPSK、QPSK、8PSK、QAM与2FSK、4FSK、FM信号。
注：其中步骤d与步骤f中的γmax相同。
进一步描述，所述分级提取特征值第三级提取频谱峰度系数K－AA、频谱峰态峭度F、2次谱频谱峰度系数K－fft－2，分别与对应的阈值相比较，可识别出ASK、AM、FM、BPSK调制信号。
进一步描述，所述分级提取特征值第四级提取4次谱频谱峰度系数K－fft－4、拟合的组合信号4次谱频谱聚集度K－fm－fft－4，分别与对应的阈值相比较，可识别出QPSK、4FSK、2FSK调制信号。
进一步描述，所述分级提取特征值第五级提取8次谱频谱峰度系数K－fft－8，与阈值K－8－range相比较，可识别出QAM、8PSK调制信号。
所述信号线性归一化FFT频谱峰值个数阈值N_peaknum取5；
所述第一信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值γ1取0.5；
所述第二信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值γ2取0.5；
所述频谱峰度系数阈值K_range取0.003；
所述频谱峰态峭度阈值F_range取0.06；
所述拟合的组合信号4次谱频谱聚集度阈值K_fm_range取0.06；
所述2次谱频谱峰度系数阈值K_2_range取0.1；
所述4次谱频谱峰度系数阈值K_4_range取0.035；
所述8次谱频谱峰度系数阈值K_8_range取0.0042。
一种信号调制方式自动识别系统，适用于所述的信号调制方式自动识别方法，包括射频接收模块，数据预处理模块，调制方式识别模块和显示模块；
所述射频接收模块用于接收射频信号并转换输出中频信号；
所述数据预处理模块用于对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；
所述调制方式识别模块用于对输入的IQ数据进行快速傅里叶变换，根据傅里叶变换结果分析判断信号调制方式，并输出信号调制方式识别结果；
所述显示模块显示信号调试方式识别结果。
CW为连续波调制制式；
AM为调幅制式；
ASK为幅移键控制式；
FM为调频制式；
2FSK为二进制频移键控；
4FSK为四进制频移键控；
BPSK为二进制相移键控；
QPSK为四进制相移键控；
8PSK为八进制相移键控；
QAM正交幅度调制制式。
综上所述：本发明提供一种信号调制方式自动识别方法及系统，能够快速识别多种数字调制方式和模拟调制方式，具有广泛性和通用性。
Claims (2)
1.一种信号调制方式自动识别方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤a：获取射频信号并将其转换为中频信号；
步骤b：对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；
IQ数据信号是由IQ宽带调制器调制出的信号，叫做I路和Q路信号，它们是两路正交的信号；通过对IQ数据快速傅里叶变换的结果分级提取特征值来判定信号调制类别；
步骤c：对IQ数据进行快速傅里叶变换，对快速傅里叶变换的结果做信号线性归一化处理并计算PeakNum，PeakNum为信号线性归一化FFT频谱峰值个数；如果PeakNum≤N_peaknum，N_peaknum为信号线性归一化FFT频谱峰值个数阈值，则属于幅度调制方式信号，转步骤d；否则判断或为频率调制方式信号或为相位调制方式信号；转步骤f；
步骤d：对快速傅里叶变换的结果做信号零中心归一化处理，提取γmax，γmax为信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值，如果γmax≤γ1，γ1为第一信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值，则为CW信号，结束；否则判断或为ASK信号或为AM信号，转步骤e；
步骤e：提取K_AA，K_AA为频谱峰度系数，如果K_AA＜K_range，K_range为频谱峰度系数阈值，则为ASK信号，结束；否则判断为AM信号；结束；
步骤f：对快速傅里叶变换的结果做信号零中心归一化处理，提取γmax，γmax为信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值，如果γmax≤γ2，γ2为第二信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值，则判断为频率调制方式信号，即或为2FSK信号或为4FSK信号或为FM信号；转步骤g；否则判断为相位调制方式信号，即或为BPSK信号或为QPSK信号或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤i；
步骤g：提取F，F为频谱峰态峭度，如果F＜F_range，F_range为频谱峰态峭度阈值，则或为2FSK信号或为4FSK信号，转步骤h；否则为FM信号，结束；
步骤h：计算K_fm_fft_4，K_fm_fft_4为拟合的组合信号4次谱频谱聚集度，如果K_fm_fft_4＞K_fm_range，K_fm_range为拟合的组合信号4次谱频谱聚集度阈值，则为2FSK信号，结束；否则为4FSK信号，结束；
步骤i：计算K_fft_2，K_fft_2为2次谱频谱峰度系数；如果K_fft_2＞K_2_range，K_2_range为2次谱频谱峰度系数阈值，则为BPSK信号，结束；否则或为QPSK信号或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤j；
步骤j：计算K_fft_4，K_fft_4为4次谱频谱峰度系数；如果K_fft_4＞K_4_range，K_4_range为4次谱频谱峰度系数阈值，则为QPSK信号，结束；否则或为8PSK信号或为QAM信号；转步骤k；
步骤k：计算K_fft_8，K_fft_8为8次谱频谱峰度系数；如果K_fft_8＞K_8_range，K_8_range为8次谱频谱峰度系数阈值，则为8PSK信号，结束；否则为QAM信号，结束；
所述信号线性归一化FFT频谱峰值个数阈值N_peaknum取5；
所述第一信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值γ1取0.5；
所述第二信号零中心归一化瞬时幅度功率谱的最大值阈值γ2取0.5；
所述频谱峰度系数阈值K_range取0.003；
所述频谱峰态峭度阈值F_range取0.06；
所述拟合的组合信号4次谱频谱聚集度阈值K_fm_range取0.06；
所述2次谱频谱峰度系数阈值K_2_range取0.1；
所述4次谱频谱峰度系数阈值K_4_range取0.035；
所述8次谱频谱峰度系数阈值K_8_range取0.0042。
2.一种信号调制方式自动识别系统，适用于权利要求1所述的信号调制方式自动识别方法，其特征在于：包括射频接收模块，数据预处理模块，调制方式识别模块和显示模块；
所述射频接收模块用于接收射频信号并转换输出中频信号；
所述数据预处理模块用于对中频信号进行A/D采样，数字下变频DDC处理，输出IQ数据；
所述调制方式识别模块用于对输入的IQ数据进行快速傅里叶变换，根据傅里叶变换结果分析判断信号调制方式，并输出信号调制方式识别结果；
所述 显示模块显示信号调试方式识别结果。
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